Khi iPhone Duo được mở ra, màn hình trong không có lỗ khoét dành cho camera FaceTime. Apple vẫn trang bị camera này nhưng đặt nó ngay phía sau vùng hiển thị. Nhờ vậy, khi camera không hoạt động, khu vực phía trên camera vẫn hiển thị hình ảnh như các vùng còn lại của màn hình.
Camera dưới màn hình không phải là công nghệ mới. ZTE đã bán Axon 20 5G với camera dưới màn hình từ năm 2020; sau đó Samsung, Xiaomi và một số hãng khác cũng đưa giải pháp tương tự lên sản phẩm thương mại. Dù vậy, mỗi hãng vẫn phải tự tìm cách đưa ánh sáng đi xuyên qua màn hình OLED và tới cảm biến với chất lượng đủ dùng.
Bằng sáng chế US 12,201,004 B2 của Apple cho thấy một hướng xử lý vấn đề này bằng cách thay đổi chính cấu trúc của màn hình. Theo các hình vẽ và phần mô tả trong tài liệu, giải pháp của Apple phức tạp hơn nhiều so với việc làm trong suốt một vài điểm ảnh.
Ánh sáng phải đi qua những gì trước khi tới camera
Mỗi điểm ảnh trên màn hình OLED gồm nhiều thành phần hơn phần tử phát sáng mà mắt người nhìn thấy. Bên dưới phần tử phát sáng là transistor màng mỏng điều khiển điểm ảnh, các đường tín hiệu, đường cấp nguồn, điện cực và nhiều lớp vật liệu khác. Hệ thống cảm ứng cũng nằm phía trên hoặc xen giữa các lớp này. Khi camera được đặt sau màn hình, toàn bộ các thành phần nói trên đều nằm trên đường đi của ánh sáng.
Việc lắp một camera phía sau màn hình OLED thông thường không gây nhiều khó khăn về bố trí cơ khí. Khó khăn thực sự nằm ở chất lượng ảnh. Một phần ánh sáng bị hấp thụ hoặc phản xạ, còn mạng lưới điểm ảnh và đường dẫn điện có thể gây nhiễu xạ trước khi ánh sáng tới cảm biến. Kết quả là camera nhận được ít ánh sáng hơn, và lượng ánh sáng đó cũng bị biến dạng nhiều hơn so với trường hợp phía trước camera chỉ có lớp kính bảo vệ.
Giải pháp đơn giản nhất là giảm bớt số điểm ảnh ngay phía trên camera, và US 12,201,004 có mô tả hướng này. Apple chia màn hình thành vùng hiển thị thông thường và vùng nằm trên cảm biến quang học; trong vùng thứ hai, một phần điểm ảnh phụ có thể được loại bỏ. Tài liệu nêu khoảng tỷ lệ khá rộng, từ 10% đến 90% số điểm ảnh phụ trong vùng cảm biến, đồng thời mô tả cụ thể phương án loại bỏ khoảng một nửa.
Ít điểm ảnh hơn đồng nghĩa với nhiều khoảng trống hơn cho ánh sáng đi qua. Tuy nhiên, phần mô tả cấu tạo tiếp theo của Apple cho thấy việc loại bỏ điểm ảnh mới chỉ là bước đầu tiên.
Loại bỏ dần điểm ảnh phía trên camera
100 phần tử hiển thị; 0 vị trí được giải phóng.
Mô hình phóng đại vùng màn hình nằm phía trên cảm biến. Khi kéo thanh trượt, một phần điểm ảnh được loại bỏ để tạo thêm diện tích truyền sáng. Mô hình chỉ minh họa sự đánh đổi giữa diện tích hiển thị và diện tích truyền sáng, không thể hiện mật độ điểm ảnh thực tế của iPhone Duo.
Việc loại bỏ điểm ảnh có giới hạn. Khi mật độ điểm ảnh giảm quá nhiều, mắt người sẽ nhận ra vùng đặt camera hiển thị kém hơn phần màn hình xung quanh. Vì vậy, sau khi đã tạo ra các khoảng trống, nhà thiết kế phải tìm cách khai thác chúng hiệu quả hơn thay vì tiếp tục bỏ bớt điểm ảnh. Phần lớn nội dung kỹ thuật của US 12,201,004 xoay quanh vấn đề này.
Loại bỏ cả transistor và sắp xếp lại đường dẫn điện
Trong một số phương án của US 12,201,004, vùng không có điểm ảnh cũng không có transistor màng mỏng tương ứng. Apple còn mô tả cách thay đổi lộ trình của đường hàng, đường cột và đường cấp nguồn khi đi qua khu vực này nhằm tạo ra những khoảng trống liên tục có diện tích lớn hơn.
Yêu cầu về tính liên tục xuất phát từ đặc điểm truyền sáng. Một tổng diện tích trống lớn chưa đủ để ánh sáng đi qua tốt nếu đường truyền bị các thành phần kim loại và cấu trúc điện chia cắt. Khi cùng một diện tích trống bị mạng lưới dây dẫn chia thành hàng trăm khe nhỏ, ánh sáng phải đi qua một cấu trúc có rất nhiều cạnh và khe hẹp nên dễ bị hấp thụ, phản xạ hoặc nhiễu xạ. Khi đường dẫn điện được chuyển sang vị trí khác để gom các khoảng trống thành vùng thông quang lớn hơn, lượng ánh sáng tới cảm biến có thể tăng lên mà màn hình không cần mất thêm nhiều điểm ảnh.
Tài liệu cũng đề cập tới lớp cảm ứng. Theo một số phương án, lưới dẫn điện của hệ thống cảm ứng được thay đổi hoặc loại bỏ tại một phần vùng phía trên cảm biến. Như vậy, vùng đặt camera có thể khác phần màn hình còn lại về mật độ điểm ảnh, vị trí transistor, lộ trình đường dẫn điện và cả cấu trúc lưới cảm ứng.
Cụm từ “camera dưới màn hình” vì thế chỉ mô tả kết quả cuối cùng. Giải pháp kỹ thuật cần quan tâm nằm ở cách từng lớp của màn hình được tổ chức lại để giữ được chất lượng hiển thị trong khi vẫn tạo ra đường truyền sáng đủ tốt cho cảm biến.
Khi tra cứu sáng chế cho một sản phẩm tương tự, người tra cứu không nên xuất phát từ một khái niệm rộng như “camera ẩn dưới màn hình”. Trước hết cần xác định thay đổi nằm ở mật độ điểm ảnh, vị trí transistor, lộ trình đường hàng và đường cột, lớp cảm ứng hay một cấu trúc quang học đặt trước cảm biến. Mỗi hướng thay đổi dẫn tới một nhóm tài liệu đối chứng và một cách đánh giá riêng. Nếu các lớp này không được tách riêng, kết quả tra cứu thường chỉ gồm những tài liệu có chung ý tưởng tổng quát mà không liên quan tới đặc điểm kỹ thuật thực sự tạo ra khác biệt. Do đó, việc xác định đúng đối tượng trước khi tra cứu có ý nghĩa lớn hơn nhiều so với việc đặt cho công nghệ một cái tên bao quát.
Hai viên pin ở hai nửa thân máy
Camera gặp khó khăn vì có quá nhiều thành phần nằm phía trước. Pin của iPhone Duo gặp vấn đề theo chiều ngược lại, vì thân máy không còn một khoảng trống lớn và liền mạch để đặt pin như trên điện thoại dạng thanh.
Nguyên nhân nằm ở cấu trúc của máy gập. Phần giữa thân máy dành cho bản lề, hai nửa thân máy chuyển động tương đối với nhau, và các linh kiện không thể tùy ý đi xuyên qua vùng này. Vì vậy, Apple đặt ở mỗi nửa thân máy một viên pin thay vì dùng một khối pin lớn trong một khoang liên tục.
Apple cũng cho biết iPhone Duo bỏ khe SIM vật lý và chỉ dùng eSIM để dành thêm thể tích bên trong cho pin. Chi tiết này tuy nhỏ nhưng phản ánh đúng thực tế của thiết kế phần cứng. Trong một thiết bị mỏng, các linh kiện luôn phải chia nhau từng phần thể tích, nên việc loại bỏ một cụm cơ khí sẽ giải phóng không gian cho thành phần khác.
Trong phần giới thiệu sản phẩm, Apple nêu rằng hai viên pin được quản lý để hoạt động liền mạch như một. Về mặt kỹ thuật, đây là chi tiết đáng chú ý nhất của hệ thống pin.
Hai cell lithium-ion không thể luôn ở trạng thái giống hệt nhau. Ngay cả khi thông số ban đầu giống nhau, nhiệt độ vận hành, trạng thái sạc, điện trở trong và mức độ lão hóa của từng cell vẫn có thể chênh lệch dần trong quá trình sử dụng. Khi một cell chạm ngưỡng điện áp hoặc nhiệt độ trước cell còn lại, hệ thống quản lý pin phải nhận biết được tình trạng đó và điều chỉnh, thay vì tiếp tục điều khiển cả hai như hai nguồn đồng nhất.
Thiết bị dùng nhiều cell pin đã xuất hiện từ lâu, nên bản thân việc iPhone Duo có hai viên pin không mang nhiều ý nghĩa về mặt sáng chế. Vấn đề đáng xem xét là cách Apple đo trạng thái của từng cell và cách hãng điều khiển quá trình nạp, xả giữa hai cell để người dùng không phải bận tâm tới việc máy đang dùng hai nguồn năng lượng riêng biệt.
Tài liệu công khai của Apple về iPhone Duo hiện chưa cung cấp đủ thông tin cho vấn đề này. Apple chỉ nêu sản phẩm sử dụng “thuật toán cân bằng năng lượng” và công bố kết quả đạt được. Từ những thông tin đó chưa thể suy ra một kiến trúc quản lý pin cụ thể, nên bài viết không đưa ra suy đoán về phần này.
Đồ họa thể hiện hai vùng pin nằm ở hai nửa thân máy, bản lề chiếm vùng giữa. Hình vẽ nhằm minh họa việc hình dạng gập làm thay đổi cách phân bổ không gian bên trong, không mô phỏng mạch quản lý nguồn thực tế của iPhone Duo.
Apple công bố iPhone Duo phát video tối đa 31 giờ khi dùng màn hình trong và 44 giờ khi dùng màn hình ngoài. Nhiều người sẽ lấy 44 trừ 31 và kết luận màn hình trong “tốn thêm 13 giờ pin”, nhưng cách tính này không đúng về mặt năng lượng. Thời lượng sử dụng phụ thuộc vào tốc độ tiêu hao năng lượng. Với cùng một lượng năng lượng dự trữ, trạng thái dùng hết pin sau 31 giờ có công suất tiêu thụ trung bình cao hơn trạng thái dùng hết pin sau 44 giờ, cụ thể là cao hơn khoảng 42% (44 : 31 ≈ 1,42). Con số 13 giờ không tương ứng với một lượng năng lượng cố định bị tiêu hao thêm.
Chênh lệch này cũng không hoàn toàn do màn hình gây ra. Màn hình trong của iPhone Duo có kích thước 7,6 inch, độ phân giải 1878 × 2670 pixel; màn hình ngoài có kích thước 5,4 inch, độ phân giải 1398 × 2034 pixel. Tuy nhiên, thời lượng pin còn phụ thuộc vào độ sáng, tần số quét, bộ xử lý, kết nối và điều kiện thử nghiệm. Do Apple không công bố mức tiêu thụ riêng của từng thành phần, hai con số 31 giờ và 44 giờ chỉ nên được hiểu là hai trạng thái sử dụng tạo ra mức tải khác nhau lên toàn hệ thống. Thông số kỹ thuật Apple.
Đọc tiếp: Bản lề iPhone Duo có gì bên trong?
